钢勺冲压模具设计及数控加工

1、哈尔滨理工大学专科生毕业论文哈尔滨理工大学专科生毕业论文哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计题 目：钢勺冲压模具设计及数控加工专业年级： 模具设计与制造11-3 学生姓名： 刘庆磊 学 号： 130330309 指导教师： 梁月 哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2014年 6 月 18 日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）评语学生姓名：刘庆磊 学号：1130330309学 院：荣成学院 专业：模具11-3任务起止时间： 2014年 4 月28日至 2014 年 6 月 18 日毕业设计（论文）题目：钢勺冲压模具设计及数控加工指导教师对毕业设计（论文）的评语：本论文选题有很强的应用价

2、值，文献材料收集详实，综合运用了所学知识解决问题，所得数据合理，结论正确，有创新见解。另外论文格式正确，书写规范，条理清晰，语言流畅。指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语：评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语：答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）任务书学生姓名：刘庆磊 学号：113030309学 院：荣成学院 专业：模具11-3任务起止时间：2014 年 4 月 18 日至 2014 年 6 月 18 日毕业设计（论文）题目：钢勺冲压模具设计及数控加工

3、毕业设计工作内容：1分析钢勺的结构和产品要求，确定制件的材料，分析了材料的性能，结构工艺性等，然后基本确定冲压加工方案。2详细计算了工作零件尺寸和冲压力，介绍了各零部件的设计和选择，选择合适的模架和压力机，设计工作零件并进行校核。3通过总装图，介绍了模具的工作原理及过程。4设计数控加工的主要过程。资料：刘建超、张宝忠冲压模具设计与制造M上海：高等教育出版社，2009：53-157范有发冲压与塑料成型设备M北京：机械工业出版社，2005：47-178徐政坤冲压模具及设备M北京：机械工业出版社，2005：62-142季忠、王晓丽冲压模具设计自动化及实例M北京：机械工业出版社，2011：34-84指

4、导教师意见： 签名：年 月 日系主任意见： 签名：年 月 日钢勺冲压模具设计及数控加工摘要本设计题目为钢勺冲压模具设计及数控加工，体现了板类冲压零件的设计要求、内容及方向，有一定的设计意义。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冲压模具设计的基础知识，为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫并吸取了更深刻的经验。本设计运用冲压成型工艺及模具设计的基础知识，首先分析了工件的成形工艺及模具成形结构对制件质量的影响。介绍了钢勺冲压模具设计时要注意的要点，通过对制件进行工艺分析，可确定制件的成形加工用两套模具即可。从控制制件尺寸精度出发，对钢勺冲压模具的各主要尺寸进行了理论计算，以确定各工作零件的尺寸，从

5、模具设计到零部件的加工工艺以及装配工艺等进行详细的阐述，并应用CAD进行各重要零件的设计。关键词钢勺；工艺分析；胀形落料； 翻边整形不要删除行尾的分节符，此行不会被打印哈尔滨理工大学专科生毕业论文目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc391562797 摘要 PAGEREF _Toc391562797 h I HYPERLINK l _Toc391562798 第1章 绪论 -绪论论文的研究目的和意义冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一。冲压加工的应用十分广泛，不仅可以加工金属材料，而且可以加工非金属材料。在现代制造业，比如汽车、拖拉机、农业机械、电

6、机、电器、仪表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生产方面，都占有十分重要的地位。通过完成毕业设计“钢勺冲压模具设计及数控加工”巩固大学三年来所学专业基础知识和专业技能，并运用所学的模具设计制造能力，解决冲压模具设计制造中的问题，提高分析问题以及解决工程实际问题的能力。毕业设计的主要目的是培养综合运用所学知识独立分析、设计、解决实际生产问题和其它一些综合能力，特别是工作能力，养成良好的工作态度、工作作风。另外，还可进一步熟悉有关标准和规范，能够熟练使用有关设计手册和熟悉编写技术文件和设计说明书，进一步培养和提高科技写作的能力。模具工业的发展现状及发展趋势模具工业发展现状自改革开放以来，随着国民经

7、济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的

8、生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、PRO/ENGineeR、I-DEAS、EUclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了MoldFlow、C-Flow、DYNAFORM、OPTRIS和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取

9、得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口1。发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：1全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。采用该技术，模具设计和制造效率一般

10、可提高23倍，模具生产周期可缩短1/22/3。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。2高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化

11、、集成化方向发展。3模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。对普通冲压工艺的制定，可根据有关资料进行工艺设计、计算；而对于复杂的曲面成形，例如汽车覆盖件的成形，传统方法是凭设计者的经验，进行对比分析，初步确定工艺方案和有关参数，然后设计试验模具并进行试冲。因此，周期长、投资大、风险大。近几年来，国内外已采用弹塑性有限元法，开发出板料成型过程

12、的模拟软件，供设计人员对工艺参数进行修改和选择，以预测某一工艺方案对零件成型的可行性和可能发生的质量问题。这一虚拟成形技术，不仅可以节省昂贵的模具试验费用，也可大大缩短试制周期和提高成形件的质量。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。4电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。

13、5提高模具标准化程度 国内模具标准化程度正在不断提高，估计目前国内模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。6优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。7模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。8模

14、具自动加工系统的发展 这是国内长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统1。本论文的主要内容及解决的问题因为本论文所设计的钢勺所用板材较薄，且工序较多，可直接设计单工序模，分步加工，以减少模具设计的复杂程度，同时能保证模具的精确程度。通过分析，可设计两套模具分别为胀形落料模和翻边整形模。需要解决的主要问题：1胀形落料模具的结构设计。2翻边凸模和凹模的间隙设计。钢勺总体方案的设计钢勺的设计要求钢勺示意图及其尺寸如图2-1所示。图2-1 钢勺尺寸图工件结构简单，板料厚0.5 mm，材料为Q2

15、35，含碳量较低，有一定的强度、塑性、韧性，冲压工艺性良好、适合冲压。该工件均未注公差，按IT14级计算，可行2。胀形变形的特点是材料受切向拉伸，其变形程度受材料的极限延伸率限制，常以胀形系数K表示胀形变形程度：K=dmax/d （2-1）式中 dmax胀形后最大直径，mm d0胀形前毛坯的直径，mm K胀形系数。经计算K1.2螺栓头部高度+刃口修磨量+入模量+（35）=6+5+1+3=15 mm刃口修磨量一般为56 mm，入模量为1 mm。其值小于上模座厚度，故所选螺钉的长度也能满足工作要求。四个卸料螺钉采用均布方式，其分布位置可以参考下模座上螺钉的分布位置。卸料板的设计本论文中制件较薄，采

16、用弹性卸料板，使工件的平面度提高，同时也具有凸模导向和压料的作用。这里将借助弹簧装置卸料。卸料板凸台部分的高度： QUOTE h=H-0.10.3t=6.5-0.20.5=6.4mm （3-11）式中 h卸料板凸台高度，mm H定位板高度，mm t板料厚度，mm紧固螺钉的设计 模座之间使用螺钉紧固，此处采用4个均布的M10内六角圆柱螺钉。根据下模座的厚度55 mm，选择长度为60 mm的M1060GB70-85内六角圆柱螺钉。下模座的沉头孔直径为16.5 mm，下模座的螺钉孔采用通孔的形式，其通孔的直径为11.5 mm。下模座的沉头孔的深度等于螺钉直径加上1 mm，所以下模座的沉头孔的深度为1

17、1 mm。凹模的螺纹孔的深度应大于：螺钉长-（下模座厚度-沉头孔深度）=60-（55-11）=16 mm考虑凹模的高度，凹模的螺纹孔的深度取20 mm。一般来说，m10的螺纹孔与凹模边缘的距离要大于11 mm，与凹模刃口的距离要大于17 mm，所以凹模中螺纹孔可以分布在直径：223.75 mm（189.75 mm+17 mm2）228 mm（250 mm-11 mm2）之间，在这里取225 mm的圆周作为凹模螺纹孔的分布圆周6。对模具的校核 通过计算可知模具高度H：H=上模座厚度+垫板厚度+凸模厚度+凹模厚度+下模厚度=（45+10+68.2+25+55-1）=186 mm所选压力机最大及最小

18、封闭高度分别：Hmax=220 mmHmin=Hmax-=220-60=160 mmHmin+10HHmax-5所以，冲裁模高度符合设计要求7。模具总装图胀形落料模总装图如图3-3所示。1上模座 2导柱 3凸模固定板 4紧固螺钉 5模柄 6胀形落料凸模7卸料螺钉 8弹簧 9导套 10卸料板 11定位板 12胀形落料凹模13内六角螺钉 14凹模固定板 15下模座图3-3 胀形落料模总装图本章小结本章对钢勺的胀形落料模进行了设计，主要计算了凹模、凸模的刃口尺寸及工作部分的尺寸和冲压力，设计了模具的主要零件，选择了中心导柱模架和型号为JG23-63的压力机。翻边模的设计翻边的工艺计算翻边的变形程度工

19、件的变形区主要在切向压应力的作用下产生切向压缩，在变形过程中材料容易起皱，其变形程度： （4-1）式中 b翻边的宽度，mm R翻边的外凸缘半径，mm查阅书籍7变形程度在允许范围内。翻边力P和翻边功A一般说来，翻边所需要的力并不大。对于外缘翻边，其翻边力： QUOTE P=1.1tsD-d=1.13.140.523545=8.1N （4-2） 式中 P翻边力，NT材料的厚度，mm S材料的屈服强度，MPa D翻边后孔的直径，mm d底孔直径，mm翻边所需要的功A： （4-3）式中 H凸模的有效行程， P翻边功率，其计算与拉深时相同经计算可得A为0.21 J8。翻边间隙和刃口尺寸由于在翻边过程中，

20、材料沿切向收缩，因此其端面的材料变厚，根据材料的统一变形情况，翻边凹模与翻边凸模之间的间隙应大于原来的材料厚度9。 查表得平板毛坯翻边时凸凹模之间的间隙取=0.3 mm。凸模的刃口尺寸计算如下： 翻边凸模极限偏差：24.024 mm，查表得磨损系数取x=0.5 则： （4-4） 翻边凹模的刃口尺寸计算如下： 根据翻边间隙和翻边凸模的刃口尺寸来确定翻边凹模的刃口尺寸： （4-5） 工作零件的设计翻边凸模的设计根据翻边间隙、刃口尺寸和制件形状以及凸模制造标准设计翻边凸模如图4-1所示。图4-1 翻边凸模翻边凹模的设计根据制件和翻边间隙、刃口尺寸及凹模制造标准设计凹模如图4-2所示。图4-2 翻边凹

21、模模架与压力机的选择翻边模同样选用中间导柱模架，导柱导套安装在模具两侧的中心线上，送料和操作方便，适用于一般精度要求的小型模具10。上模座厚度取35 mm，即 下模座厚度取45 mm，即模具闭合高度： 由以及闭合高度选择开式双柱可倾式压力机，型号为JG23-63，公称压力为,最大闭合高度为180 mm。模柄选用凸缘模柄，用螺钉安装定位。模柄规格为.螺钉为M1011。模具的校核H=上模座厚度+垫板厚度+凸模厚度+凹模厚度+下模厚度=（45+10+68.2+25+55-1）=202 mm所选压力机最大及最小封闭高度分别为Hmax=220 mmHmin=Hmax-=220-60=160 mmHmin

22、+10HHmax-5冲裁模高度符合设计要求。模具总装图翻边模总装图如图4-3所示。1上模座 2导套 3导柱 4内六角螺钉 5翻边凹模 6推板 7橡胶8模柄 9推杆 10凹模固定板 11翻遍凸模 12凸模固定板 13内六角螺钉14下模座图4-3 翻边模总装图本章小结 在本章中，设计了翻边模，最关键的是翻边凸模和凹模的设计，其形状比较复杂，根据翻边的变形程度确定翻边间隙为0.3 mm。设计好凹凸模之后根据标准选取了中间导柱模架和型号为JG23-63的压力机。凸凹模的数控加工被加工零件的分析所需加工的零件分别为胀形落料凹凸模和翻边凹凸模，零件加工表面上，不宜有毛刺飞边，精度要求最好为R1.6。需要进

23、行精加工，未标注公差为正负0.5，精度要求较高。零件材料选用45钢，切削加工性能较好。根据上述分析，零件内外轮廓应采用粗、精加工分开进行，才能保证零件的尺寸精度要求，用于满足铸造制品收缩率的要求。确定装夹方案从零件图纸来看，所加工的零件一次装夹就可以完成所有加工工序。由于零件选用的毛坯尺寸是12010060 mm，工件尺寸不大装夹时采用平口钳固定。确定加工顺序及走刀路线加工顺序的拟定按照基准先行的原则确定。因此先加工出用做加工基准的上平面，即凹凸模的底面。然后每次刀具的对刀都以上平面为基准来确定刀具参数的设置，然后在加工其他轮廓。零件的加工精度很容易保证，粗、精加工可以同时进行。加工内外轮廓时

24、，要沿轮廓线的切向进刀、退刀，防止过切或撞刀7。切削用量的选择零件留精加工铣削余量0.5 mm。选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量。运用斯沃编制加工程序利用CAM软件自动生成NC程序代码之后，软件要进行语法检错与译码，转换成仿真软件所接受的格式，然后刀具轨迹计算模块计算刀具轨迹，驱动软件实现仿真运动。同时控制刀具沿轨迹走刀，对毛坯切削的动态图像显示过程进行全方位的模拟仿真，如图所示，并对代码进行反读校验。仿真过程可以随意放大、缩小和旋转，便于观察细节；可以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果；仿真过程中可以检查刀柄干涉、快速移动过程中的干涉、刀具无切削刃

25、部分的干涉情况；可以将切削余量用不同颜色区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较。灵活、强大的加工仿真将加工的风险降为最低。修改过的程序记录如下。胀形落料凸模加工程序：O1801G97 G99M03 S600G00 X100 Z100 T0101G00 X42 Z2G71 U2 R1G71 P10 Q100 U0.6 W0.4 F0.4N10 G42 G00 X0G00 Z0G03 X16 Z-8 R8 G01 X19.9 X19.9 Z-28X25 W-20W-5X38 W-15N100 G00 X100 Z100 T0202MO3S1000G00 X42 Z2G70 P10 Q10

26、0G00 X100 Z100 T0303S300 MO3G00 X21 Z-28G01 X16 F0.05G00 X40Z-63G01 X34G00 X100 Z100 T0404G00 X21 Z2G01 X19.1 X-26 F0.05X18.5X17.9X17.5X17.4G00 X100 Z100M05M30胀形落料凹模加工程序：O0001M3S600T0101G0X52Z1M8G71U2R1F200G71P1Q2U1W0N1G0X0G1Z0F50G3X28Z-14R14F30G1X40Z-44F50Z-59N2G2X50Z-64R5F30G70P1Q2G0X200Z100T0202G

27、0X54Z-110W-4G1X1F10X52F100M9M5G0X200Z100T0101M30翻边凹模加工程序：%O0001N104 T1 M6N106 G0 G90 G54 X57.347 Y58.645 A0. S0 M5N108 G43 H1 Z50N110 Z10N112 G1 Z-2. F4.5N114 X52.654 Y62.892N116 X46.848 Y67.183N136 X-19.277 Y75.903N164 X-77.311 Y14.25N166 X-78.652 Y7.638N168 X-79.441 Y.905N2326 M01N2328 T3 M6N2330

28、G0 G90 G54 X0. Y0. A0. S0 M5N2332 G43 H3 Z10N2334 G99 G81 Z-20. R10. F3.8N2336 G80N2338 M5N2340 G91 G28 Z0N2342 G28 X0. Y0. A0N2344 M01N2346 T4 M6N2348 G0 G90 G54 X-45. Y35. A0. S1000 M3N2350 G43 H4 Z10N2352 G99 G81 Z-20. R10. F500N2354 X45N2356 Y-35N2358 X-45N2360 G80N2362 M5N2364 G91 G28 Z0N2366 G

29、28 X0. Y0. A0N2368 M30%翻边凸模加工程序：G99 M03 S800T0101M08G0 X31 Z0.1G01 X-1 F0.15W1G0 X31G71 U2.0 R0.5G71 U0.3 W0.1 P01 Q02 F0.15N01 X8G01 Z0.0 F0.15 X12 W-2 F0.05Z-15 F0.15X20 Z-30G03 X28 W-4 R4 F0.05Z-48 F0.15N02U1N03 G0 X100 Z40T0202G0 X13.0 Z0.0G01 X-1 F0.1W1G0 X30G70 P01 Q02 F0.1G0 X100 Z40G99 M03 S

30、400T0303G0 X30 Z-47.5G01 X28.0 F0.15 U-1 Z-48.0 F0.03G0 X29G75 R1G75 X-1 Z-48.0 P2500 Q0 F0.04G0 X100 Z40M05M09T0101G0 X30 Z0.6M30本章小结本章主要内容为凹凸模的数控加工，通过对零件的分析，确定了零件的加工材料为45钢，加工时分别进行粗、精加工。零件结构较简单，一次装卡即可完成加工，选择的切削用量为0.5 mm。最后利用斯沃编制加工程序。结论从整个设计过程来看，该钢勺采用两套模具，分别为胀形落料模和翻边模，模具结构设计合理，加工简单，操作方便，通过胀形、落料和翻边这几道工序成形，工作效高，零件成形质量好，提高了生产